强制振动式混凝土拌合站的运行工艺原理探究

王英杰 王垚 范宝庆

摘 要：以强制振动式混凝土拌合站为对象，针对拌制混凝土的过程，在简要阐述强制振动式混凝土拌合站工艺原理的基础上，对强制振动式混凝土拌合站的电气控制系统的功能要求、设计思路和安装要点进行探究总结，以期提高强制振动式混凝土拌合站电气控制系统的设计安装水平，为强制振动式混凝土拌合站的高效拌制混凝土、安全生产拌制混凝土提供更有力的支持。

关键词：强制振动式混凝土拌合站；拌制混凝土，工艺原理；电气控制系统

中图分类号：U415                                文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2023）06-0113-03

1 強制振动式混凝土拌合站工艺原理

强制振动式混凝土拌合站由原材料运输系统、给水系统、强制振动搅拌系统、倒料系统与电子控制系统等五绝大设备构成[1]。

强制振动式混凝土拌合站的优点在于：①能够有效保证骨料的级配以及各原材料间的配比精度，从而更好地保证成品料的拌合质量与材料性能。②其生产过程也更具灵活性，能够根据实际用料需求随时调整骨料级配和油石比，从而最大限度保证成品料的性能指标符合实际用料需求。

其缺点主要是在相同的生产能力水平下，此种生产工艺的生产能耗较高、工艺流程较长，且粉尘类污染物产生量较大。为保证生产过程符合环境保护法的相关要求，往往需要设置高效率的除尘装置。因此，强制振动式混凝土拌合站的建设投资普遍较高[2]。

2 强制振动式混凝土拌合站电气控制系统的功能要求

为满足自动化生产需求，需要强制振动式混凝土拌合站的电气控制系统具备以下3个基本功能。

2.1 自动测量功能

一方面，可以对生产过程中各环节物料质量的自动化、精准化测量，以此保证各生产环节投料量的准确性，确保各原材料间的配比精准且与生产要求一致，从而保障成品料的拌合质量和材料性能。另一方面，对生产设备电压、电流、功率、频率等运行参数的准确测量，以此帮助设备操控人员准确了解设备运行状态，确保生产过程的安全系[3]。

2.2 自动控制功能

强制振动式混凝土拌合站普遍占地面积较大，且耗电量较高，因此其电气系统的开关设备通常具有较大的体积。出于对操作安全性的考虑，强制振动式混凝土拌合站大多采用操作系统来控制高电压、大电流开关设备的分闸与合闸，并要求在生产设备发生故障时，操作系统能够在第一时间自动进行分闸操作，及时断开电路，保证设备和人员的安全。而想要实现上述功能需求，必然需要一套具备自动控制功能的电气控制系统。

2.3 自动保护功能

强制振动式混凝土拌合站运行生产过程中，难免会因为线路老化、零部件磨损、生产负荷过大等原因而发生运行异常或故障的情况。若未能在第一时间对异常设备或故障设备进行有效处理，很容易造成设备严重损坏或人员伤亡等后果。

因此，为保证设备运行生产过程的安全性，需要的电气控制系统具备设备保护功能，能够在检测设备异常或故障的第一时间，自动做出断电停机、报警提示等一系列保护动作，以此有效保护设备及人员的安全。

3 强制振动式混凝土拌合站电气控制系统设计思路

现阶段，强制振动式混凝土拌合站电气控制系统大多采用S7-300系列PLC作为主控器，分布式I/O作为信号采集和输出控制装置，由此构成一个相对独立的自动化控制系统。该控制系统既能够实现电机的单台启停或组合启停，也能够对各开关量和模拟量进行自动化管理，还能够借助通信模块与工业控制计算机系统对各生产设备和生产环节进行协同管理，其管理控制功能如图1所示[4]。

3.1 PLC选型设计

在PLC控制器方面，可选用SIMATIC S7-300系列PLC。该型号PLC由CPU315-2DP（即带DP口）和四个分布式I/O输入输出控制模块组成。

作为整个电气控制系统的控制核心，PLC主要具有以下功能作用：一是协调从站间的各项工作。二是负责整个控制系统的逻辑控制和PID调节的运算控制。三是向工业控制计算机上传采集、处理数据，并执行工业控制计算机下达的各项操控指令。四是将PID运算结果转换为模拟信号，并将其作为调节变频器的输出频率的控制信号。五是利用DP协议和通信模块对变频器内部数据进行读写和调控。

3.2 设置工业控制计算机

在强制振动式混凝土拌合站的操控室内设置一台高可靠性的工业控制计算机，并根据实际生产操控需求进行相应的配置。通过工业控制计算机与PLC之间的数据信息交换，实现对强制振动式混凝土拌合站的整体实时监控和及时的反馈操作。

在电气控制系统中，工业控制计算机的功能作用主要有：①利用多幅多种监控页面，实时显示生产设备和控制系统的工作状态。主监控页面主要显示工艺流程动态图、关键生产环节实时监控画面，以及设备运行电压、电流、温度等关键性信息。其他工作页面主要显示生产参数、生产报表、电机自动启停监控信息、故障报警显示等信息。电机状态监控页面主要显示拌合站过载、故障等电机状态。棒状图页面主要显示设备各模拟量的设定值及当前值开度等信息。②根据系统内预设的操控程序或生产技术人员根据当前生产情况，作出的设备调控决策，向PLC下达具体的操控指令，以此实现生产过程的合理调控。

3.3 设置冷骨料加热燃油控制器

针对冷骨料加热燃油控制器，可采用串级控制的方式来实现燃油流量、骨料温度等参数的采集和调控。

设计时，应将燃油流量作为内环PID控制环节，将骨料温度作为外环PID控制环节，即以温度控制器输出值作为燃油流量控制器设定值，以燃油流量控制器输出值调控燃油管线调节阀，这样便可利用温度控制器来削弱燃料油热质、原料成分、原料入口流量等因素的影响。

利用流量控制器来削弱燃料油压力对原料油出口温度的干扰，从而最大限度保证冷骨料加热烘干装置温度控制的响应及时性和工作稳定性，提高控制品质。冷骨料加热燃油控制器串级控制框图如图2所示。

3.4 通讯连接设计

在系统通信方面主要采用以下两种设计方式：一是PLC与I/O模块间采用PROFIBUS-DP网络通信。二是PLC与工业控制计算机之间采用以太网通信，即在工业控制计算机中安装TP-LINK，在PLC中安装CP343-1，然后利用工业双绞线将二者进行物理连接。

3.5 主电源回路设计

强制振动式混凝土拌合站的供电线路主控空气开关经过配线端子后，分配到各路分路空气开关，再由分路空气开关连接变频器、接触器等电气元件，以此构成电气控制系统的整个电源回路。

在进行电机驱动元件选型设计时，应满足以下设计要求：一是冷级配机电机、提升机电机均应采用变频调速器驱动。二是30 kW及以上功率的电机，应采用的自耦降压式或星-三角式驱动。三是其他常规电机可采取直接启动[5]。

4 强制振动式混凝土拌合站电气控制系统安装要点

4.1 电路安装要点

在强制振动式混凝土拌合站的电气控制系统电路安装时，必须以“由高到低、从出到进、先到位后接线”为基本原则，进行电源电路分槽布设、接线安装施工。

在电路安装时还应注意以下技术要点的把控：①应及时将已经绑扎好的各类线缆从预留线孔中拉出，其中包含有传感线、电源线、感应控制线等。②按照安装说明和线缆上的标志，对各类线缆的排布情况进行梳理，明确每根线缆的走向。③遵循“由高到低、从出到进”的原则，逐级、有序地将各类线缆沿通道或线槽拉至与电气元件进行接线的准确位置。④接线时必须保证槽平线直且线簇绑扎牢固。⑤接线时，应保证走线具备一定的规律，控制柜出线口应有标有明示线缆功能属性的标识，线缆之间、线缆与电气元件之间的连接应达到相应的牢固性要求。⑥待电气控制系统各类线缆接头全部连接完毕并满足质检要求后，方可将其与配电房、控制柜的供电线路进行连接[6]。

4.2 动力电源布线要点

因强制振动式混凝土拌合站包含较多大功率设备，所以其动力电源线的截面积也比较大。同时，受众多控制元件的影响，很多线路都需要受到制式沥青拌合站总动力电源的控制，因此，在进行强制振动式混凝土拌合站动力电源线布线和连接施工时，需要对电源线的产品质量进行严格的检查和把控，确保电源线本身不存在断路问题。

布线作业时还应保证电源布局的合理性，其不仅要满足正常情况下电气控制系统及生产设备的运行用电需求，还应考虑特殊情况下的用电需求。在动力电源布设时，設置500 kVA和150 kVA两种变压器，前者主要负责正常工况下，生产设备和电力控制系统的供电工作；后者则主要负责生产设备停机检修情况下的供电工作。这种电源布设方式既能够确保不同条件下的供电效果，还能够有效降低变压器的空号率。

在进行动力电源布设安装时，可通过安装电力稳压设备的方式，避免电压不稳现象对电力控制系统工作状态的干扰，以此保证生产设备运行的稳定性和生产过程的安全性。通常情况下，电力稳压设备的响应时间应≤0.5 s。

4.3 接地保护装置安装要点

强制振动式混凝土拌合站包含较多的大电流、高功率电气设备，且生产设备大部分处于室外，因此电气设备的防雷接地保护对电气控制系统的安全运行至关重要，所以，在进行强制振动式混凝土拌合站电气控制系统安装时，必须保证接地保护装置的安装质量。应注重以下安装要点的把握：

一是供电接地保护方面。若设备采用TT供电制式，则进行电气控制系统及各类电气设备安装时，需要对拌合站的金属构架及电气元件金属外壳做可靠接地保护。若设备采用TN-C供电制式，需要对拌合站的金属构架及电气元件金属外壳做可靠接地保护和可靠接零保护；若设备采用TN-S或TN- C-S供电制式，仅需将拌合站的金属构架及电气元件金属外壳可靠连接到电源保护线上。无论采用哪种供电制式，其接地电阻都必须≤4Ω。

二是防雷保护方面。拌合站高点位置必须安装避雷针，并保证拌合站所有电气元件均处于避雷针的有效保护范围内。电气控制系统的防雷接地装置引下线，必须采用横截面积≥16 mm2且带有绝缘保护外皮的铜质导线。防雷装置接地点设置位置与其他接地点设置位置间的距离应≥20 m，且应位于无行人或设施的地方，防雷装置接地点接地电阻应≤30 Ω。

4.4 系统调试要点

强制振动式混凝土拌合站电气控制系统安装完毕后，应及时对其开展运行调试工作，以确保其处于最佳工作状态，各项功能得以有效发挥。

在进行电气控制系统调试时，应注意以下项目的检查和调试：一是系统运行过程中的电压情况。二是电源配置的合理性。三是各电机的启停控制情况和运转情况。四是各部件对控制系统操控指令的响应速度和执行质量[7]。

5 结束语

为使强制振动式混凝土拌合站电气控制系统具备自动测量、自动控制、自动保护等基本功能，在进行拌合站电气控制系统设计时，应明确其总体设计思路及关键部件的设计要点，并掌握系统安装的技术要点，从而确保电气控制系统基本功能的有效发挥以及强制振动式混凝土拌合站的安全、稳定、高效运行。

参考文献

[1] 刘剑，孟虎.沥青拌合站安全运行及生产质量控制[J].建筑技术开发，2022，49（6）：135-137.

[2] 姚鹏超，王浩然.沥青拌合站设备安装调试的质量控制措施分析[J].建筑机械，2022（4）：24-26.

[3] 陈云强.沥青搅拌站电缆施工技术浅析[J].建设机械技术与管理，2021，34（1）：92-93.

[4] 范月环.搅拌站分布式电气控制系统的研究应用[J].建筑机械化，2019，40（3）：9-10.

[5] 贾银刚.沥青拌合站加热控制系统改进方案分析[J].门窗， 2019（16）：193-194.

[6] 徐静.浅析沥青拌合站设备安装调试的质量控制[J].河南建材，2018（6）：320-321.

[7] 黄辉.探析沥青拌合站电气设施的安装及维护研究[J].智能城市，2018，4（5）：160-161.